你可能很難想象，瑞士一家公司已發(fā)明一種由活的人類大腦細(xì)胞制成的計(jì)算機(jī)，通過(guò)人腦神經(jīng)元來(lái)發(fā)送、接收信號(hào)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。這些腦類器官可以存活100天，消耗的能量比傳統(tǒng)處理器少100萬(wàn)倍，有望徹底解決人工智能大語(yǔ)言模型爆發(fā)帶來(lái)的潛在能源危機(jī)，看來(lái)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)終究還是不如人神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)啊。
近年來(lái)，隨著人工智能（AI）技術(shù)迅猛發(fā)展，科學(xué)家們一直在努力模仿人腦，試圖通過(guò)構(gòu)建人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)增強(qiáng)計(jì)算能力。然而，隨著人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)變得越來(lái)越復(fù)雜，所需的能量也越來(lái)越大，據(jù)稱到2030年將消耗全球3.5%的電力，英偉達(dá)創(chuàng)始人黃仁勛甚至稱AI將需要燒掉14個(gè)地球的能源。
科學(xué)家們一直在尋找降低AI能耗的方法，結(jié)果發(fā)現(xiàn)我們的大腦早就有現(xiàn)成的答案了——用真正的人類腦細(xì)胞來(lái)構(gòu)建人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。畢竟，訓(xùn)練像GPT-3這樣的語(yǔ)言模型需要10吉瓦時(shí)的能量，而人腦每天只需要0.3千瓦時(shí)，就能搞定860億個(gè)神經(jīng)元24小時(shí)的工作。
瑞士一家初創(chuàng)公司FinalSpark就受到了這個(gè)啟發(fā)，他們用活體腦細(xì)胞作為計(jì)算陣列，連接到電腦上，創(chuàng)造出了一種將生物學(xué)和計(jì)算技術(shù)結(jié)合的新方法：生物計(jì)算機(jī)平臺(tái)Neuroplatform系統(tǒng)。這種系統(tǒng)使用的能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于傳統(tǒng)的比特計(jì)算機(jī)。
FinalSpark的生物計(jì)算機(jī)平臺(tái)連接了16個(gè)實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的人類腦細(xì)胞球體，稱為類器官，每個(gè)類器官都被安置在一個(gè)陣列中，通過(guò)八個(gè)電極連接到外部系統(tǒng)，一個(gè)微流體系統(tǒng)為這些類器官提供水和養(yǎng)分，以確保它們的生命活動(dòng)。這種方法被稱為濕件計(jì)算（wetware computing），利用了實(shí)驗(yàn)室中培養(yǎng)的類器官的能力，是一項(xiàng)近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的允許科學(xué)家們研究個(gè)體器官微型復(fù)制品的新技術(shù)。
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是將神經(jīng)細(xì)胞放在培養(yǎng)皿中，通過(guò)閉環(huán)微流體系統(tǒng)，用神經(jīng)元培養(yǎng)基進(jìn)行培育，長(zhǎng)成直徑2.5毫米的腦球（前腦類器官，F(xiàn)O）后，放到由8個(gè)電極組成的多電極陣列（MEA ）上，之后連接到可遠(yuǎn)程訪問(wèn)的電生理試驗(yàn)系統(tǒng)上，通過(guò)自定義用戶界面或Python腳本進(jìn)行交互控制。
那它是如何進(jìn)行計(jì)算的呢？關(guān)鍵就在于每個(gè)腦球下的8個(gè)電極，科學(xué)家們通過(guò)施加不同強(qiáng)度和頻率的電刺激，來(lái)誘發(fā)類器官中的神經(jīng)元活動(dòng)，并用多巴胺進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)，然后記錄下神經(jīng)元中的電活動(dòng)信號(hào)，傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中進(jìn)行分析處理，這和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)處理過(guò)程極為相似。
FinalSpark的生物計(jì)算機(jī)平臺(tái)有4個(gè)多電極陣列，連接著16個(gè)腦球，由于腦球壽命有限，最佳情況下可存活100天，過(guò)去三年的實(shí)驗(yàn)中，科學(xué)家們先后培育更換了1000多個(gè)腦球，收集了超過(guò)18TB的數(shù)據(jù)。
當(dāng)然，F(xiàn)inalSpark并不是第一個(gè)嘗試將探針連接到生物系統(tǒng)的團(tuán)隊(duì)，2023年，美國(guó)研究人員就開發(fā)了一種連接計(jì)算機(jī)硬件和腦類器官的生物處理器，并讓它學(xué)會(huì)了識(shí)別語(yǔ)音模式。
FinalSpark的生物計(jì)算機(jī)平臺(tái)目前主要用于研究目的，并提供給外界學(xué)術(shù)團(tuán)體免費(fèi)使用，已經(jīng)有4個(gè)項(xiàng)目取得了一定成果。但FinalSpark計(jì)劃擴(kuò)展平臺(tái)的能力，以處理更廣泛的濕件計(jì)算實(shí)驗(yàn)協(xié)議，比如向類器官注射分子和藥物進(jìn)行測(cè)試。這意味著這項(xiàng)技術(shù)的潛在應(yīng)用不僅包括更節(jié)能的計(jì)算方法，還能推動(dòng)類器官研究的發(fā)展。
用人類腦組織打造的生物計(jì)算機(jī)展示了自然設(shè)計(jì)在某些方面的優(yōu)越性，特別是在能量效率方面。這項(xiàng)研究不僅挑戰(zhàn)了我們對(duì)計(jì)算和人工智能的傳統(tǒng)認(rèn)知，還開辟了生物學(xué)和技術(shù)結(jié)合的新可能性。盡管存在倫理考量（研究使用的是市售已建立細(xì)胞系，無(wú)需獲得倫理批準(zhǔn)），這種生物計(jì)算機(jī)技術(shù)在能量效率和計(jì)算能力上的潛在優(yōu)勢(shì)還是不可否認(rèn)的。未來(lái)的研究將揭示這種技術(shù)的更多應(yīng)用，或許能在解決全球能源危機(jī)中發(fā)揮重要作用。
我感覺這種計(jì)算機(jī)恐怕還不是這么簡(jiǎn)單，它更可能讓人腦和計(jì)算機(jī)更緊密，甚至完全無(wú)縫地結(jié)合在一起，打造一種遙遙領(lǐng)先的新型生化人，讓所有未經(jīng)改造的人類都遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后，人類的演化已來(lái)到了關(guān)鍵的十字路口嗎？未來(lái)會(huì)怎樣，已沒(méi)有人知道了——知道的可能已不是人。
這項(xiàng)研究發(fā)表在5月2日《人工智能前沿》雜志上。
論文：
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/frai.2024.1376042/full
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